双层异质金属套管缺陷的脉冲涡流检测研究

双层异质金属套管因其结构集成了内管与外管的优良机械力学性能,在工程领域中得到了广泛应用。在制备和服役过程中,双层异质金属套管会出现诸如壁厚减薄等结构缺陷,影响套管完整性及运行安全性。鉴于此,针对双层异质金属套管,系统探究基于脉冲涡流检测的壁厚减薄缺陷分类识别及定量评估方法。建立了快速有限元仿真模型,通过系列仿真分析,提出检测信号特征,构建其与壁厚减薄量间的映射关系,并以此为依据,提出了缺陷识别与定量评估手段。同时,搭建了脉冲涡流检测实验系统,通过实验研究,验证了所提出的双层异质金属套管壁厚减薄缺陷分类识别及定量评估方法的有效性。     

基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器设计及缺陷定量评估与分类识别

为了克服传统脉冲远场涡流传感器由于结构的限制带来的激励磁场在空间出现发散、对大壁厚管道检测能力较弱以及难以对缺陷进行准确定位的问题,在分析了脉冲远场涡流检测原理的基础上,采用仿真与实验相结合的方法,仿真分析了基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器的聚磁效果,研究了该传感器对管道轴向内外壁裂纹缺陷的定量评估能力,比较了检测线圈处于不同位置时的缺陷分类识别效果。仿真结果表明,该传感器通过引导磁场的定向传播实现了对磁场的聚集,同时,通过提取适当检测位置的信号负峰值可以实现对缺陷的分类识别。最后,采用实验的方法验证了基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器对管道轴向裂纹缺陷深度的定量能力,实验结果表明该传感器可以很好的实现对缺陷的定量评估。     

基于磁场测量的脉冲远场涡流非磁性平板仿真

为解决在脉冲远场涡流检测中检测线圈体积较大、控件分辨力低且在低频域灵敏度差的问题,通过有限元仿真,对不同位置不同深度的缺陷进行了基于磁场测量的脉冲远场涡流检测非磁性平板仿真。结果表明:在对激励线圈施加屏蔽后可以实现远场涡流效应,当缺陷位于激励线圈与二维节点中间时,检测效果最好,并且缺陷深度与磁通密度差分幅值密切相关,且具有良好的线性关系,可以实现对缺陷的定位及定量分析。     

基于能量流的平板远场涡流检测探头研究及优化

针对传统涡流检测由于集肤效应而难以对平面金属导体板材深层隐藏缺陷进行检测的问题,提出了基于远场涡流的深层缺陷检测的磁场能量聚集方法研究。首先,建立了平板导体远场涡流检测模型,仿真分析了各种磁芯与磁屏蔽结构对涡流能量的影响,优化了铁磁性平板导体远场涡流检测系统中的磁芯与磁屏蔽结构。其次,制作了不同材料组合的屏蔽罩,搭建了平板导体远场涡流检测实验台。仿真与实验结果表明：内侧为铜、外侧为硅钢的双层磁屏蔽远场涡流探头结构,在保证具有较近的远场区的前提下,能有效增强间接耦合通道的能量,具有较强的深层缺陷检测能力。     

基于DDS技术的脉冲涡流检测系统

脉冲涡流检测技术作为当前无损检测技术中的一种新技术,能够快速方便地检测金属构件中的缺陷;文中根据脉冲涡流检测信号源的特点,采用Direct Digital Frequency Synthesis(直接数字频率合成,简称DDS)技术,设计了一种参数可调式脉冲波形信号源的脉冲涡流检测系统;系统由脉冲涡流检测硬件电路、上位机、数据采集卡和相关软件组成;最后使用AD9850芯片产生1kHz、50%占空比的方波激励对标准缺陷试件进行实验,并提取特征值对试件的三种定量缺陷区分进行了研究。     

基于远场涡流法的管道缺陷识别的有限元仿真研究

远场涡流(RFEC)法是无损检测的重要方法之一,相对于其他无损检测技术而言更具优势。在基于远场涡流原理的基础上,利用有限元方法对远场涡流现象和二维轴对称缺陷进行了仿真和分析。首先,从麦克斯韦方程出发,对远场涡流进行数学建模,为有限元分析提供理论指导;其次,利用有限元法建立仿真环境,并对远场涡流现象进行二维仿真,借此设计出实验装置并确定了激励参数;最后,对轴向上不同位置、宽度和深度的缺陷进行分类对比仿真,研究了缺陷信号间的相互作用,确定了缺陷量化特征量,优化了缺陷信号。为以后的三维仿真和缺陷位置、尺寸及管道耗损的定量识别提供了理论依据。     

多层金属结构腐蚀缺陷脉冲涡流检测技术研究

脉冲涡流检测技术是目前唯一能对飞机多层金属结构中出现的腐蚀缺陷进行定量检测的技术。在对脉冲涡流检测技术进行研究的基础上,设计并实现了一套完整的脉冲涡流检测系统。提取检测信号的峰值、峰值时间、过零时间等时域特征量,实现对腐蚀缺陷的定量检测和缺陷位置的分类识别,并通过进一步的实验加以验证。     

阵列脉冲涡流腐蚀缺陷成像检测技术研究

脉冲涡流是近几年迅速发展起来的一种无损检测新技术,其宽频谱的激励方式在大面积复杂结构的检测中可获得较多的缺陷信息,因而成为目前航空无损检测领域的一个研究热点;研究了阵列脉冲涡流腐蚀缺陷成像检测的原理,设计了腐蚀缺陷检测的软硬件,重点介绍了硬件中的阵列探头结构设计和软件中的多传感器数据融合设计,最后给出了成像检测结果,实验结果表明该方法具有成像速度快、成像模式多样的优点,非常适合应用于对大面积结构中腐蚀缺陷的成像检测.     

远场涡流检测传感器速度效应仿真分析

为了分析远场涡流检测中传感器运行速度对缺陷响应信号的影响,采用多场有限元方法对远场涡流(RFEC)管道检测技术进行仿真研究.首先使用COMSOL有限元软件建立远场涡流管道检测频域与瞬态仿真分析模型,而后利用该模型对远场涡流检测原理以及传感器运行速度与缺陷响应信号的关系进行研究.结果表明:在采用远场涡流传感器检测管道缺陷时,传感器运行速度和行进方向对检测结果的稳定性有较大影响.当传感器运行速度过大时,缺陷检测信号与激励信号的相位差会出现较大变化;当传感器运行速度在2 m/s以下,且沿着激励线圈指向检测线圈的方向运动,检测效果较理想.     

压力管道缺陷电磁超声/脉冲涡流复合检测方法研究

针对压力管道内、外壁缺陷快速检测的需求，根据电磁超声/脉冲涡流复合检测原理，研究压力管道深层和表层缺陷同步检测方法。首先，利用有限元仿真软件建立电磁超声/脉冲涡流复合检测模型，研究复合式探头的检测原理；接着，研究深层及表层缺陷对电磁超声/脉冲涡流复合信号的影响规律和信号分离方法；最后，制作电磁超声/脉冲涡流复合式探头实物，并对带有深层和表层缺陷的压力管道试件进行试验测试。试验结果表明：论文研究的复合检测方法能够从管道外部有效检出压力管道外表面宽1 mm、深2 mm裂纹和管道内壁2 mm厚度减薄缺陷，弥补了两种检测技术单独使用时存在缺陷检测盲区的不足，且具有较高的检测精度。该检测方法经过进一步优化有望用于压力管道表层和深层缺陷同步快速检测。     

Computation tool for assessing the probability characteristics of the stress state of the pipeline part defected by pitting corrosion

One of the factors affecting the life-time of the main pipelines is their susceptibility to different types of corrosion. A common type of pipeline corrosion is pitting corrosion which is a form of localized corrosion – a random process occurring in a certain section of the pipeline, leading to walls thinning under the influence of the external environment. Such a change in the pipeline geometry accompanied by a significant change in the local stress–strain state leads to a large number of emergencies.This work deals with the analysis of probability characteristics of the stress–strain state arising in the areas damaged by pitting corrosion. To determine the parameters of the stress–strain state the finite element method is used. The pipe material is modeled as elastoplastic with a bilinear diagram of plasticity.Pitting corrosion is modeled as a set of randomly positioned half-spheres with the same radius subtracted from the volume of the pipe. Coordinates of pitting defects centers obey to a uniform probability density function (PDF). Using this approach we take into account the mutual influence of defects on the pipe stress–strain state.A special macro was developed to determine the parameters of the stress–strain state of the corroded pipe. It allows performing automatic calculation and processing of the data for pitting corrosion defects. Parameters of the PDF of stress concentration factor depending on the radius of the defect were determined in accordance with the results of simulation. The kernel density estimation and generalized extreme value distribution was chosen as PDF approximation on the basis of the conditions of the Fisher–Tippett–Gnedenko theorem. The change of the PDF shape was investigated for different defect radii. The coefficient of variation, mean and standard deviation of stress concentration factor as function of defect radii were studied as well as reliability function of the pipe part was obtained using the criterion of plastic deformation occurrence.     

聚乙烯管焊接接头相控阵超声检测的优化设计

在管道工程应用中,由于良好的耐腐蚀性和韧性,聚乙烯(PE)管与其他材料相比具有显着优势,已广泛地应用在核电、油气输送领域;PE管焊接过程中,焊接参数、人员操作和环境等因素会影响聚乙烯管道的焊接情况,可能致使焊接接头内部形成缺陷,影响管道安全运行,而相控阵超声检测技术能够实现聚乙烯管道焊接接头内部结构的无损检测及评估;因此开展PE管焊接接头的相控阵超声实际检测工作,研究了聚乙烯材料的声衰减规律及声频散效应,优化了焊接接头的超声相控阵检测工艺,基于CIVA仿真软件实现了聚乙烯管道相控阵超声检测的声场模拟和缺陷仿真,通过研究检测参数及声学参量变化对检测结果的影响,获得了PE管焊接接头的最优检测工艺;通过加工带有典型缺陷的聚乙烯热熔对接接头试样,对前期基于仿真结果设计的检测工艺以及针对焊接接头相控阵检测研发的楔形耦合组件进行可靠性测试和工艺试验;研究结果为PE管接头缺陷的超声相控阵检测提供了工艺设计的理论支持和可靠的研究方法。     

管道腐蚀检测中的脉冲漏磁检测技术

漏磁检测技术广泛应用于管道等铁磁性材质的检测;由于常规漏磁检测的局限性,往往难以检测近表面和表面下缺陷;在分析漏磁检测原理基础上,采用脉冲交流磁化方式;介绍了脉冲漏磁检测系统,并对不同深度的缺陷钢管试件进行了试验,试验结果表明提取脉冲漏磁检测传感器(径向分量)输出的瞬态输出电压信号可对表面和表面下腐蚀缺陷进行有效识别;脉冲漏磁检测方法综合了漏磁检测和脉冲涡流检测的优点,具有快速、定量检测的特点,在管道等的缺陷检测中具有广阔的应用前景。     

基于PIC单片机的找水系统设计

通过分析时间域电磁法（ TEM）探测原理,简化了磁感应线圈设计,设计了以PIC单片机作为控制核心,集成了信号发生单元、接收处理单元和数据传输单元的检测系统,开展了现场测试。测试结果表明：该系统可有效实现对套管外部地层信息的探测,准确区分油水界面,有效径向探测距离可以达到0.8 m,具有控制便捷、探测距离远、性能可靠、集成度高以及功耗低的特点,为套后油层水淹监测提供了新方法。     

基于石油套管壁厚检测的多聚焦探头研究

为了实现对石油套管的全覆盖壁厚自动化检测,提出由阵列式多聚焦探头围绕石油套管旋转组成自动化壁厚检测系统。根据超声聚焦探头的测厚原理,分析聚焦探头的焦距和晶片尺寸与聚焦声束的关系,选择合适的聚焦探头组成阵列式多探头自动化壁厚检测系统,进一步研究探头与石油套管之间的最佳距离和阵列式多探头与扫描速度之间的关系。实验结果表明：自动化壁厚检测系统可以准确、可靠、快速地实现对石油套管的检测,检测系统满足实际生产的API标准。     

基于涡流阵列检测技术的奥氏体不锈钢压力管道缺陷判别方法研究

奥氏体不锈钢压力管道的检测由于现有检测手段的限制,难以保证其检测效果。本文针对工程应用中出现的问题,研究基于涡流阵列检测技术（ECA）的奥氏体不锈钢压力管道对接接头缺陷判别方法。根据提离信号、应力腐蚀开裂、圆形缺陷、条形缺陷的阻抗特征和C扫成像特征,通过缺陷C扫图谱形状及表面尺寸、阻抗图的阻抗幅值和阻抗相位,实现奥氏体不锈钢管道对接接头的表面开口缺陷和近表面缺陷的有效检出,并将所提方法应用于实际现场检测中。对比传统渗透检测方法,本文提出的方法有更好的缺陷检出率及缺陷判别率,试验结果验证了本文方法的可行性及有效性。     

Computation of eddy-current density on ESP motor and well casings under different operating conditions

This paper presents a 2D finite-element analysis of the induced eddy currents on motor and oil well casings of an electrical submersible pump (ESP) oil lifting system. Simulation results revealed that the increase in motor-casing conductivity and/or permeability decreases the eddy-current density on the well casing, contrary to that on the motor casing. Further increase in one or both of these parameters leads to a decrease in both current densities as a result of the skin effect phenomenon. However, the increase of well casing conductivity and/or permeability increases the eddy-current density on the well casing, while that on the motor casing remains unchanged. Increasing the fluid-mixture conductivity does not have any effect on the eddy-current density on the well casing, and for further increase in the fluid conductivity it decreases drastically, contrary to that on the motor casing which remains constant. The higher the current imbalance (including single phasing) and/or motor eccentricity, the higher is the maximum eddy-current density. Consequently, the increase of eddy-current density leads to an increase of the motor and well casings’ temperature, where the latter is known to accelerate the corrosion rate. It can be concluded that the design parameters and the construction of the motor and well casings play an important role in their corrosion.     

Fault diagnosis of ball bearings using machine learning methods

Ball bearings faults are one of the main causes of breakdown of rotating machines. Thus, detection and diagnosis of mechanical faults in ball bearings is very crucial for the reliable operation. This study is focused on fault diagnosis of ball bearings using artificial neural network (ANN) and support vector machine (SVM). A test rig of high speed rotor supported on rolling bearings is used. The vibration response are obtained and analyzed for the various defects of ball bearings. The specific defects are considered as crack in outer race, inner race with rough surface and corrosion pitting in balls. Statistical methods are used to extract features and to reduce the dimensionality of original vibration features. A comparative experimental study of the effectiveness of ANN and SVM is carried out. The results show that the machine learning algorithms mentioned above can be used for automated diagnosis of bearing faults. It is also observed that the severe (chaotic) vibrations occur under bearings with rough inner race surface and ball with corrosion pitting.     

管道内壁缺陷漏磁信号的ANSYS仿真与分析

漏磁探伤法所检测到的缺陷除了可能是内表面或外表面、纵向或横向这些属性之外,它还有分等级的问题,即可能是一个导致管道报废的缺陷,也可能是一个不影响使用的”合格”缺陷,这要求检测系统有自动识别的功能。以管道内表面缺陷作为研究对象,利用有限元分析软件作为仿真分析工具,对不同内表面缺陷所产生的漏磁信号进行仿真分析,仿真结果表明,不同缺陷所产生的漏磁信号不同,缺陷的参数与其所产生的漏磁信号的参数之间有一定的对应关系,通过大量的模拟仿真数据和实测数据可找出这种对应关系,从而为缺陷的鉴别和管道使用寿命的评价提供依据。     

基于扩张状态观测器和反步滑模法的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

为了解决欠驱动四旋翼无人机（UAV）在实际飞行中存在的外界干扰问题,同时提高在系统参数摄动情况下的精确轨迹跟踪效果,设计了一种基于扩张状态观测器（ESO）和积分型反步滑模算法的飞行控制策略。首先,根据系统的半耦合特性和严反馈结构特点,采用反步法设计姿态内环和位置外环控制器;然后,将抗干扰能力较强的滑模控制融入其中,使得系统的鲁棒性得到增强;接着,为了减小系统的稳态误差,引入积分环节;最后,利用ESO实时估算出系统的内、外总扰动并对控制量进行补偿。通过Lyapunov稳定判据,可以说明该系统是一个全局渐进稳定的系统,并通过仿真分析验证了所提控制方法的有效性和鲁棒性。